CN107107208A - 具有断屑器突起的钻头及钻头刀片 - Google Patents

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Abstract

一种钻头，包括钻头主体和周边刀片以及中心刀片，所述周边刀片具有径向切削刃，该径向切削刃大致在钻头主体的半径的方向上延伸。所述周边刀片(21')包括前刀面，该前刀面包括多个断屑器突起(41a'、41b')。在与所述多个断屑器突起(41a'、41ab')的前端相切的线(L1)和朝向柄端(127)延伸的钻头主体(121)的中心轴线(CA)之间测量的第一角度(∑)是锐角。还公开了一种周边刀片。

Description

具有断屑器突起的钻头及钻头刀片
背景和发明内容
本发明涉及具有钻孔刀片的钻头，并且更具体地，涉及具有带断屑器布置结构的钻孔刀片的钻头。
在钻孔操作中，重要的是能够从工件中正在钻出的孔去除由工件形成的切屑。切屑的去除在切屑较小时被促进，使得它们能够顺着钻头的排屑槽去除。在对诸如低碳钢的相对较延展性材料进行钻孔中，以及在对许多不锈钢类型的钢和其它合金进行钻孔中，切屑倾向于保持相对长的长度。在钻孔操作期间，正在钻孔的材料的延展性越大，则形成的切屑倾向于越长。因此，期望提供用于处理在钻孔操作期间形成的切屑的装置，特别是用于在相对较延展性材料中钻孔的装置。
根据本发明的方面，钻头包括钻头主体，该钻头主体包括：柄端和刀尖端；至少两个排屑槽，所述至少两个排屑槽从刀尖端朝向柄端延伸，并且刀片接纳刀槽设置在每个排屑槽的刀尖端处，刀槽中的周边刀槽设置成与靠近钻头主体的中心轴线相比更靠近钻头主体的径向周边，并且刀槽中的中心刀槽设置成与靠近钻头主体的径向周边相比更靠近钻头主体的中心轴线，周边刀片设置在周边刀槽中，周边刀片具有径向切削刃，径向切削刃大致在钻头主体的半径的方向上延伸，中心刀片设置在中心刀槽中，周边刀片具有径向切削刃，径向切削刃大致在钻头主体的半径的方向上延伸，其中所述周边刀片包括前刀面，所述前刀面包括多个断屑器突起，并且在与多个断屑器突起的前端相切的线和朝向柄端延伸的钻头主体的中心轴线之间测量的第一角度是锐角。
根据本发明的另一方面，用于所限定的钻头的周边刀片包括前刀面，前刀面具有多个断屑器突起，其中在与多个断屑器突起的前端相切的线之间测量的第一角度与周边刀片的相关联的切削刃限定非零角度。
根据本发明的这个方面的钻头特别有用于将在相对较延展性材料中的钻孔操作期间形成的切屑排空。更具体地，钻孔刀片的结构有助于形成成形的或卷起的切屑，其能够比长的直切屑更容易地通过钻头的排屑槽去除。构造能够减少切屑与钻孔刀片的刀面之间的接触，能够有助于随着更倾向于停留在切屑中而保持温度下降，减少钻削力并延长刀具寿命。
附图说明
本发明的特征和优点通过结合附图阅读以下详细说明而很好地理解，在附图中相同附图标记表示相似元件，并且在附图中：
图1A是根据本发明的方面的钻孔刀片的俯视平面图；
图1B是在剖面1B-1B处截取的图1A的钻孔刀片的横截面视图；
图1C是在剖面1C-1C处截取的图1A的钻孔刀片的横截面视图；
图1D是在剖面1D-1D处截取的图1A的钻孔刀片的横截面视图；
图2A是根据本发明的方面的钻孔刀片的俯视平面图；
图2B是在剖面2B-2B处截取的图2A的钻孔刀片的横截面视图；
图2C是在剖面2C-2C处截取的图2A的钻孔刀片的横截面视图；
图2D是在剖面2D-2D处截取的图2A的钻孔刀片的横截面视图；
图2E是在剖面2E-2E处截取的图2A的钻孔刀片的横截面视图；
图3A是根据本发明的方面的钻孔刀片的俯视平面图；
图3B是在剖面3B-3B处截取的图3A的钻孔刀片的横截面视图；
图3C是在剖面3C-3C处截取的图3A的钻孔刀片的横截面视图；
图3D是在剖面3D-3D处截取的图3A的钻孔刀片的横截面视图；
图3E是在剖面3E-3E处截取的图3A的钻孔刀片的横截面视图；
图4A-4C是处于不同旋转位置的根据本发明的方面的钻头的一部分的视图；并且
图4D是图4C的一部分的放大视图。
具体实施方式
根据本发明的方面的钻孔刀片21在图1A-1D中示出。刀片21包括切削刃23，切削刃23包括端部25和中心部27。刀片进一步包括刀片的顶表面29，顶表面29至少部分由切削刃23限定。顶表面29包括前刀面31，前刀面31设置在切削刃23的内侧。钻孔刀片21在钻头上的钻孔应用中特别有用，诸如通过引用被并入的美国专利No.7,677,845第1栏第29行至第4栏第60行中所公开的钻头。然而，钻孔刀片21可用于其它加工应用中。
刀片21包括在设置在切削刃23的内侧的顶表面上的多个断屑器33和35。多个断屑器包括紧邻切削刃23的端部25的至少一个端部断屑器33和紧邻切削刃的中心部27的至少一个中心断屑器35。中心断屑器35通常在切削刃23的中心部27上方延伸与端部断屑器33在切削刃的端部25上方延伸的距离DE相等的距离DC。中心断屑器35通常在切削刃23之间的某一部分29a上方延伸比端部断屑器33在部分29a上方延伸的距离DEa较大的距离DCa。部分29a能够是凸形的、凹形的或平坦的部分，并且能够以许多方式表征，例如与切削刃相距特定距离，或与断屑器上的顶点相距特定距离，或者诸如突起的峰顶或凹部的最低点的一些物理特征。
根据本发明的这个方面的钻孔刀片21特别有用于将在相对较延展性材料中的钻孔操作期间形成的切屑排空。更具体地，钻孔刀片的结构有助于形成成形的或卷起的切屑，其能够比长的直切屑更容易地通过钻头的排屑槽去除。构造能够减少切屑与钻孔刀片21的刀面之间的接触，能够有助于随着更倾向于停留在切屑中而保持温度下降，减少钻削力(drilling force)，并且延长刀具寿命。在图2A-3E中所示的钻孔刀片21'和21"提供类似的优点。
顶表面29能够包括刃带表面37，刃带表面37设置在切削刃与前刀面31之间，处在切削刃23的内侧。刃带表面37能够与顶表面29的平面P限定角度λ，并且前刀面31能够与顶表面的平面限定前角θ。刃带表面角度λ通常小于前角θ，其中前角通常测量在约10°-20°之间，并且刃带表面角度通常测量在约-5°和5°之间。
顶表面29通常包括凹槽39，凹槽39处在切削刃23的内侧并且在离开顶表面29的方向D上处在切削刃23下方。前刀面31包括凹槽39的至少一部分。端部断屑器33和中心断屑器35设置在凹槽39的一侧上，并且切削刃23和刃带表面37设置在凹槽的相反侧上。
如参照图1A-1D中所示的刀片21、图2A-2D中所示的刀片21'和图3A-3E中所示的刀片21"所看到的那样，钻孔刀片能够包括多个切削刃23、23'和23"。为了讨论的目的，将描述图1A-1D的刀片21，然而，应当理解，图1A-1D的刀片的描述也适用于图2A-2D和图3A-3E的刀片，除非另有说明。每个切削刃23包括端部25和中心部27。刀片21包括在设置在每个切削刃23的内侧的顶表面29上的多个断屑器，所述多个断屑器包括紧邻每个切削刃的端部25的至少一个端部断屑器33和紧邻每个切削刃的中心部的至少一个中心断屑器27。钻孔刀片21能够是方形的并且包括四个切削刃和四个拐角部43，然而，刀片可以具有除了方形以外的构造，并且具有少于或多于四个的切削刃。每个端部断屑器25能够形成用于切削刃23中的两个相邻切削刃的端部断屑器。
中心断屑器35能够在沿切削刃的长度的方向上比在与切削刃垂直的方向上更长。切削刃23能够是直的。中心断屑器35能够在面向切削刃23的方向上是凸形的。中心断屑器35的弯曲能够大致遵循刀片中的中心通孔H的弯曲。中心断屑器的凸形边缘的半径能够小于从刀片的中心轴线到中心断屑器的凸形边缘的距离，并且中心断屑器的内部的凹形边缘的半径能够等于从刀片的中心轴线到中心断屑器的凹形边缘的距离。
如图2A-2E中所看见，刀片21'能够包括前刀面，前刀面具有在切削刃23'与中心断屑器35'之间的一个或多个中间断屑突起(例如41a')。断屑突起(例如41a')与切削拐角部的平分线间隔开并且设置在切削刃和中心断屑器35'之间，且能够在离开顶表面的方向D上设置在切削刃23'的水平高度(level)下方。断屑突起能够设置在端部断屑器33'与中心断屑器35'之间。中心断屑器35'通常在切削刃23'与顶表面之间的一部分29a'上方延伸比端部断屑器33'在部分29a'上方延伸的距离DEa大的距离DCa。所述部分29a'是凸形的，并且能够表征为断屑器突起上的顶点。
突起可以具有不同的尺寸和/或高度，例如当安装在钻头主体中时，刀片的周边侧处较小且中心侧处较大。如在图2E中所示，突起可以具有不同的高度，例如当安装在钻头主体中时，相关联的切削刃的周边端或侧25'处较小，并且所述切削刃的另一侧处较大。换言之，多个断屑器突起41a'、41b'、41aa'、41bb'、...、41nn'中的至少三个突起可以具有不同的尺寸和/或高度。
如在图2A、4C和4D中，当沿刀片的中心轴线观察刀片时，周边刀片21'的切削刃23'通常基本上是直的。与多个断屑器突起41a'和41b'的前端相切的线L1与径向的或相关联的切削刃23'限定非零角度Δ。角度Δ可以在0.5-5°的区间内选择。断屑器突起41a'和41b'可以但不一定是最靠近刀片21'的拐角部25'的断屑器突起。周边刀片21的前刀面还能够包括多个第二断屑器突起41aa'、41bb'、...、41nn'。断屑器突起41a'可以与在切削刃的相反端处的断屑器突起41nn'相比与相关联的切削刃23'间隔开更小。
在图3A-3E中所示的方形刀片21"也包括切削刃23"以及端部断屑器33"和中心断屑器35"。刀片21"包括四个刀尖43"，并且切削刃23"的端部25"包括第一倒角刃45"以及在第一倒角刃和切削刃的中心部27"之间的第二倒角刃47"。第一倒角刃45"能够具有比第二倒角刃47"的前角θ2(图3D)大的前角θ1(图3E)。第一倒角刃45"的前角θ1能够在与第二倒角刃47"相反的第一倒角刃的一侧45a"上比在最靠近第二倒角刃的第一倒角刃的一侧45b"上更大。通过提供结合包括不同的前角θ1和θ2的图3A-3E的刀片描述的几何形状，钻削力在特别是软材料的加工期间能够减少。通过参考并入的美国专利No.6,039,515公开了具有与结合图3A-3E的刀片21"描述的刀刃几何形状类似的刀刃几何形状的钻孔刀片，使用这种刀片的钻头以及这种刀片和钻头的使用。中心断屑器35"通常在切削刃23"之间的某一部分29a"上方延伸比端部断屑器33"在部分29a"上方延伸的距离DEa大的距离DCa。中心断屑器35"是可选的并且未在图3C中示出。部分29a"能够是凸形的、凹形的或平坦的部分，并且能够以许多方式表征，例如与切削刃相距特定距离，或与断屑器上的顶点相距特定距离，或者诸如突起的峰顶或凹部的最低点的一些物理特征。
根据本发明的方面的钻头100在图4A-4D中示出，并且包括钻头主体121，钻头主体121具有中心刀槽，即用于保持在图3A-3E中所示的类型的中心刀片21"的凹部123，以及周边刀槽，即用于保持如在图2A-2E中所示的周边刀片21'(图4C)的凹部125(图4C和4D)。在图1A-1D中所示的刀片21也是周边刀片并且可更换为在图4A-4D中的刀片21'。
钻头主体121包括柄端127(图4A)和刀尖端129、从刀尖端朝向柄端延伸的至少两个排屑槽131(图4A-4B)和133(图4C-4D)。刀片接纳刀槽123和125设置在每个排屑槽131和133的刀尖端处。刀槽中的周边刀槽125设置成与靠近钻头主体的中心轴线CA相比更靠近钻头主体121的径向周边，并且刀槽中的中心刀槽123设置成与靠近钻头主体的径向周边相比更靠近钻头主体的中心轴线。
设置在周边刀槽125中的周边刀片21'具有径向切削刃，即大致在钻头主体121的半径的方向上延伸的切削刃23'。设置在中心刀槽123中的中心刀片21"具有径向切削刃，即大致在钻头主体121的半径的方向上延伸的切削刃23"。
周边刀片21'包括前刀面，前刀面具有多个断屑器突起41a'和41b'。如在图4C和4D中所看见的那样，在与多个断屑器突起41a'和41b'的前端相切的线L1和朝向柄端127延伸的钻头主体的中心轴线CA之间测量的第一角度∑是锐角。周边刀片21'能够是可转位的并且能够具有方形基本形状。
中心刀片21"能够是可转位的并且具有大致方形基本形状。中心刀片的径向切削刃23"包括中心部27"和在中心部分的相反两侧上的倒角端部分45"和47"。如在图4A、4C和4D中所看见的那样，中心刀片21"的径向切削刃23"的部分能够设置在钻头主体121的中心轴线CA的相反两侧上。通常，只有径向切削刃23"的倒角端部分47"或其部分将设置在钻头主体121的中心轴线CA的与中心部27"和倒角端部分45相反的一侧上。
从图4A和4C-4D将看出，通过周边刀片21'绕钻头主体121的中心轴线CA的旋转而由周边刀片的径向切削刃23'限定的轮廓与通过中心刀片绕钻头主体的中心轴线的旋转而由中心刀片21”的径向切削刃23”限定的轮廓重叠。
如在图2A、4C和4D中，当沿刀片的中心轴线观察刀片时，周边刀片21'的径向切削刃23'通常基本上是直的。如在图2A中所看见的那样，与多个断屑器突起41a'和41b'的前端相切的线L1与径向切削刃23'限定非零角度Δ。在与多个断屑器突起41a'和41b'的前端相切的线L1与周边刀片21'的径向切削刃23'之间的距离随着离钻头主体121的中心轴线CA的距离增加而增加。
周边刀片21的前刀面能够包括多个第二断屑器突起41aa'、41bb'、...、41nn'。如在图4C和4D所看见的那样，在与多个第二断屑器突起41aa'、41bb'、...、41nn'的前端相切的线L2和朝向柄端127延伸的钻头主体121的中心轴线CA之间测量的第二角度β是比第一角度∑大的第二锐角。多个第二突起41aa'、41bb'、...、41nn'设置在比多个突起41a'、41b'离钻头主体的中心轴线CA更大的距离处。第二线L2可以平行于切削刃23'或与径向切削刃限定比角度Δ小的非零角度。
在所示实施例中，断屑器突起从与前刀面29'连续的表面突出，如在图2C中最佳地所示的那样，使得断屑器突起的切线或多条切线基本上从一个拐角部25向另一个拐角部径向向外离开切削刃23'变宽，并且由此在钻孔期间以有利的方式引导切屑。
如在图4C和4D所看见的那样，周边刀片21'包括轴向切削刃23'，轴向切削刃23'大致在钻头主体121的中心轴线CA的方向上延伸。在周边刀片21'的轴向切削刃23'与径向切削刃23'之间的相交点处的拐角部25'限定了钻头的径向最外部，并且因此通常通过钻头确定待钻的孔的直径。由于周边刀片21'通常是可转位的，因此周边刀片的轴向切削刃23'和径向切削刃23'通常是相同的。周边刀片21'的前刀面上的中心断屑器35'通常包括中心断屑器突起，中心断屑器突起相对于径向切削刃23'设置在多个断屑器突起41a'和41b'的内侧和多个第二突起41aa'、41bb'、...、41nn'的内侧。
因此，本发明旨在解决不良断屑的问题，该不良断屑的问题是当在延展性钢和不锈钢中钻孔时常见的问题。不良的断屑通常导致不好的表面光洁度、不良孔公差并且也能够导致钻头断裂。本发明提出通过改进断屑来解决问题。多个断屑器突起基本上均位于前刀面中，基本上在切屑流动方向上位于切削刃和刃带表面的后方。多个断屑器突起的前端的切线与相关联的切削刃形成锐角。
在本申请中，诸如“包括”的术语的使用是开放式的并旨在具有与诸如“包含”的术语一样的意思且不排除存在其它结构、材料或动作。类似地，虽然诸如“能够”或“可以”的术语的使用旨在是开放式的且反映结构、材料或动作不是必要的，但是不使用这种术语不旨在反映结构、材料或动作是必要的。就目前被认为是必要的结构、材料或动作来说，它们被这样识别。
虽然已根据优选实施例说明和描述了本发明，但应认识到，可在不偏离如权利要求书所阐述的本发明的情况下在其中做出变化和更改。

Claims (16)

1.一种钻头(100)，包括：
钻头主体(121)，所述钻头主体(121)包括：柄端(127)和刀尖端(129)；至少两个排屑槽(131、133)，所述至少两个排屑槽(131、133)从所述刀尖端(129)朝向所述柄端(127)延伸，并且刀片接纳刀槽(123、125)设置在每个排屑槽的所述刀尖端(129)处，所述刀槽中的周边刀槽(125)设置成与靠近所述钻头主体(121)的中心轴线(CA)相比更靠近所述钻头主体(121)的径向周边，并且所述刀槽中的中心刀槽(123)设置成与靠近所述钻头主体(121)的径向周边相比更靠近所述钻头主体(121)的所述中心轴线(CA)；
周边刀片(21')，所述周边刀片(21')设置在所述周边刀槽(125)中，所述周边刀片(21')具有径向切削刃(23')，所述径向切削刃(23')大致在所述钻头主体(121)的半径的方向上延伸；
中心刀片(21")，所述中心刀片(21")设置在所述中心刀槽(123)中，所述周边刀片(21')具有径向切削刃(23")，所述径向切削刃(23")大致在所述钻头主体(121)的半径的方向上延伸；
其特征在于，所述周边刀片(21')包括前刀面，所述前刀面包括多个断屑器突起(41a'、41b')，并且，在与所述多个断屑器突起(41a'、41ab')的前端相切的线(L1)和朝向所述柄端(127)延伸的所述钻头主体(121)的所述中心轴线(CA)之间测量的第一角度(∑)是锐角。
2.如权利要求1所述的钻头(100)，其中，所述周边刀片(21')是可转位的并具有方形基本形状。
3.如权利要求1-2中的任一项所述的钻头(100)，其中，所述中心刀片(21")是可转位的并具有大致方形基本形状。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的钻头(100)，其中，所述中心刀片(21")的所述径向切削刃(23")包括中心部(27")和在所述中心部(27")的相反两侧上的倒角端部分(45"、47")。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的钻头(100)，其中，所述中心刀片(21")的所述径向切削刃(23")设置在所述钻头主体(121)的所述中心轴线(CA)的相反两侧上。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的钻头(100)，其中，通过所述周边刀片(21')绕所述钻头主体(121)的所述中心轴线(CA)的旋转而由所述周边刀片(21')的所述径向切削刃(23')限定的轮廓与通过所述中心刀片(21")绕所述钻头主体(121)的所述中心轴线(CA)的旋转而由所述中心刀片(21")的所述径向切削刃(23”)限定的轮廓重叠。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的钻头(100)，其中，当沿所述刀片的中心轴线(CA)观察所述刀片时，所述周边刀片(21')的所述径向切削刃(23')基本上是直的，并且与所述多个断屑器突起(41a'、41b')的所述前端相切的所述线(L1)与所述周边刀片(21')的所述径向切削刃(23')限定非零角度(Δ)。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的钻头(100)，其中，与所述多个断屑器突起(41a'、41b')的所述前端相切的所述线(L1)和所述周边刀片(21')的所述径向切削刃(23')之间的距离随着离所述钻头主体(121)的所述中心轴线(CA)的距离增加而增加。
9.如权利要求1-8中的任一项所述的钻头(100)，其中，所述周边刀片(21')的所述前刀面包括多个第二断屑器突起(41aa'、41bb'、...、41nn')，并且其中，在与所述多个第二断屑器突起(41aa'、41bb'、...、41nn')的前端相切的第二线(L2)和朝向所述柄端(127)延伸的所述钻头主体(121)的所述中心轴线(CA)之间测量的第二角度(β)是比所述第一角度(∑)大的第二锐角。
10.如权利要求9所述的钻头(100)，其中，所述多个第二突起(41aa'、41bb'、...、41nn')与所述多个突起(41a'、41b')相比设置在离所述钻头主体(121)的所述中心轴线(CA)更大的距离处。
11.如权利要求1-10中的任一项所述的钻头(100)，其中，所述周边刀片(21')包括轴向切削刃(23')，所述轴向切削刃(23')大致在所述钻头主体(121)的所述中心轴线(CA)的方向上延伸。
12.如权利要求11所述的钻头(100)，其中，所述周边刀片(21')的所述轴向切削刃(23')与所述径向切削刃(23')之间的相交处的拐角部(25')限定了所述钻头(100)的径向最外部。
13.如权利要求11-12中的任一项所述的钻头(100)，其中，所述周边刀片(21')的所述轴向切削刃(23')和所述径向切削刃(23')是相同的。
14.如权利要求1-13中的任一项所述的钻头(100)，其中，所述周边刀片(21')的所述前刀面包括中心断屑器突起(35')，所述中心断屑器突起(35')相对于所述径向切削刃(23')设置在所述多个断屑器突起(41a'、41b')的内侧。
15.一种用于如权利要求1-14中的任一项所述的钻头的周边钻头刀片(21')，其中，所述周边刀片(21')包括前刀面，所述前刀面具有多个断屑器突起(41a'、41b')，并且其中，在与所述多个断屑器突起(41a'、41b')的前端相切的线(L1)之间测量的第一角度(∑)与所述周边刀片(21')的相关联的切削刃(23')限定非零角度(Δ)。
16.如权利要求15所述的周边钻头刀片，其中，所述多个断屑器突起(41a'、41b'、41aa'、41bb'、…、41nn')中的至少三个突起具有不同的尺寸和/或高度。
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